提升风电场发电效率的策略

李军

珠海港昇新能源股份有限公司 广东 珠海 519000

摘要：通过研究风电场发电的效率，对于我国的风电行业发展以及供电安全有重要意义。目前，我国经济发展极快，各类电器增多，同时，环保形势较为严峻，在这种背景下，不仅要求保证电力供应，也要求电力建设中的环保。本文主要探讨研究风电场发电效率的提升策略，对于风电行业的可持续发展有重要意义。

关键词：风电场；风电发电；发电效率

引言：

目前，我国正处于快速发展阶段。不论人们的生活，还是各行各业的生产建设，都在快速进行，对电力能源的需求持续增长。通过风电场的建设，有助于为人们生产生活提供所需电能，同时促进电力行业的持续发展，对经济发展和人们生活都很重要。

随着我国经济社会的快速发展，能源安全问题和环境质量问题日趋严峻，以风电、光伏为代表的可再生能源在国家能源发展战略的地位日益重要。在国家的大力支持下，近十年来，风电行业快速发展，至2018年底，全国风电装机容量达18426万KW。又随着技术的不断进步，风电项目投资成本大幅下降，为促进风电电力尽快从补充能源到替代能源转变，提升风电在电力市场竞争力，近年来国家在努力落实风电消纳的同时，对风电的相关政策发生了一些变化。一方面是补贴退坡，最终促使新增项目平价上网；另一方面，存量风电项目也面临参与市场化交易的局面，导致平均上网电价低于标杆电价，直接影响到项目的经济效益。因此，想方设法提升风电场的发电效率是保障项目经济效益的重要手段。

影响风电场发电效率的因素是多方面的，就项目本身而言，风电场的自然气候条件、运维管理水平和发电设备的性能都可能对风电场的发电效率造成重大影响。当然，项目的外部环境，如当地社会经济情况、电网建设等会影响到风电电能的消纳，从而影响到风电场的发电效率。本文主要从项目内部因素方面，结合珠海港昇新能源股份有限公司（以下称港昇公司）下属风电场的实际情况来分析探讨如何提升风电场发电效率的策略。

一、自然气候因素对风电场发电效率的影响和应对策略。风电场所在区域的风资源状况对风电场项目的成败起着决定性作用，风电场项目在宏观和微观选址时就已经充分考虑了项目区域的风况对项目经济性影响。但作为已经投运的风电场，应该重点关注风电场区域存在的极端气候对风电场设备设施的不利影响。风电场风力发电机组及其配套的设备、设施都建设安装在野外，台风、暴雨、雷暴和冰雪对发电设备的影响不容忽视。港昇公司所属高栏风电场，地处珠海市高栏风电场，是典型的沿海岛屿风电场，气候潮湿，高盐雾环境，每年都有数次台风和频繁的雷暴袭击，对风电场设备设施的安全稳定运行造成很大的困难。主要有：1）雷电对风机叶片和风机控制系统造成损害，雷电期间风机故障率高；2）雷电导致风电场集电线路设备损坏，线路经常故障跳闸，造成大量风机停运；3）台风对风机基础造成载荷过大，容易导致风机基础的损伤甚至失效。通过梳理分析，风电场进行了有针对性的措施：1）督促风机设备厂家全面更换风电机组一次、二次回路的防雷部件，提升风机一次、二次的防雷性能；2）加强风电机组雷电导通回路的检查和保养，改进防雷碳刷的结构和性能，保证在风机叶片遭受雷击时最大限度的将雷电流导入地下；3）加强集电线路避雷器的检查和试验，及时更换失效的避雷器，充分发挥避雷器在雷击时的保护作用，提升线路的抗雷能力；4）做好箱变高低压室的密封和加热除湿设备的检查和维护，保持箱变设备良好的运维环境，减缓潮湿、盐雾环境对箱变零部件电气绝缘性能的破坏，提高了箱变的可靠性。5）加强风机基础状况的巡视和检查，对防水不良的风机基础做了有效的防水处理，保证了风机基础混凝土坚强可靠，确保风机基础长期可靠的防台风性能。通过以上措施，大大提高了风电场设备、设施应对极端天气和不良气候环境的能力，明显减少了设备故障及停运时间，从而提升了风电场的发电效率。再如港昇公司内蒙古黄岗梁风电场，每年冬季应线路覆冰造成部分长档距相线距离过近，在大风时很容易发生单相接地或两相短路故障，造成线路所带风机全部停机。通过在线路长档距中增加线塔，减少大风时线路的摆动幅度，从而有效的减少了线路跳闸次数，提高了风电场的发电效率。不同地域的风电场，影响风电场设备、设施可靠性的自然因素也是不同的，分析时应采用补短板思维，抓住主要影响因素及主要被影响的设备、设施，进而研究和落实有针对性措施和改进，做到有的放矢，提升短板设备、设施抵抗极端气候灾害、环境的能力，从而提升风电场整体设备的可靠性，在极端天气期间仍可从容运转，源源不断的发出电力，提高了风电场的发电效率。

二、运维管理水平对风电场发电效率的影响及改进策略。风电场运维水平的高低主要影响方面有：1）决定故障处理的效率和时间长短；2）运维费用的高低；3）设备可靠性及性能。以上三方面均对风电场的发电效率有着重大影响，因此，运维管理水平的高低直接影响风电场的发电效益。风电场运维管理水平的提高，重在运维团队的建设，包括运维人员的责任心、协同力和技术水平。这里举两个案例来说明：1）港昇公司安达风电场地处内蒙古辉腾锡勒草原，安装31台1.5MW双馈异步风力发电机组。一次某台风电机组发电机转子出现故障，咨询设备厂家解决方案，设备厂家给出的意见使返厂进行维修，如此将产生很高的发电机吊装费用和长时间的停机损失。为降低维修费用和停机损失，风电场团队努力钻研设备图纸，制定检查和修复方案，最终在专业外协单位的协助下，在风机塔顶机舱内现场完成了发电机的故障查找和处理工作，极大的节约了检修费用，并大大缩短了维修时间，把停机损失降到了最少。2）前述高栏风电场采用750KW定桨距异步风电机组，其增速齿轮箱通过弹性轴瓦和机舱底座联结固定。该弹性轴瓦使用寿命通常为6~8年，按设备厂家规范，弹性支承失效后须将齿轮箱从塔顶机舱中拆出用吊机吊至地面进行更换，因此更换费用比较高，更换工作还受到天气因素的影响，更换工作耗时往往较长。随着风电场风机设备弹性支撑逐渐进入失效期，更换工作将产生巨大的更换费用和耗时。风电场运维团队通过大量的分析和研究，研制出可以在塔顶机舱内现场更换齿轮箱弹性支撑的专用工作和更换方法，并在现场顺利完成了20余台风电机组齿轮箱弹性支撑的更换，节约了大量费用，提高了发电效率。提高运维管理水平，还可以通过运维模式创新，达到激励运维人员积极性的作用，从而提高了工作效率，增加了设备利用率水平，提高了风电场发电效率。此外，备品备件管理水平对风电场的发电效率也有重要影响。如港昇公司黄岗梁风电场对大部件采购模式的创新，大部件价格高，但故障率一般较低，提前采购预备将沉淀大量资金，对生产经营产生不利影响；如不提前预备，一旦出现故障，漫长的供货时间将产生很大的停机损失。风电场和设备供应商达成协议，支付少量资金给设备供应商，设备供应商承诺将预备风电场所需大部件，待需要时按时供货，用少量的资金获得了快速的供货服务，对提高风电场的发电效率是有帮助的。

三、发电设备的性能对风电场发电效率的影响和提升策略。发电设备的性能对风电场发电效率的提高显而易见，良好的性能可使发电设备有更高的风能利用率，从而提升风电场的发电效率。目前，提升发电设备性能的方式主要有三种：1）通过改进风电机组关键小部件的性能，达到提升发电效率的目的。对于此种方式，港昇公司安达风电场有良好的应。该风电场风电机组之前使用机械式风速仪和风向标，通过研究机组功率曲线，风电场认为机组性能有提升的空间，经过研判尝试用超声波风速风向仪代替原来的机械式部件，经实际检测收到良好的效果。2）通过改善大部件的性能，如加长风电机组叶片或使用更长的叶片代替原来的叶片。此种方式技改费用较高，而且还要经过复杂的载荷核算，除非在经济上有非常可观的收益，一般不轻易采用。3）通过优化风电机组控制策略，达到提高风能利用率从而提升发电量的目的。此种方式须和主机设备厂家密切沟通，需要一定的技改费用，如使用得当，有一定的经济效益。港昇公司后续将对此种方式进行研判和分析，尝试在下属合适的风电场进行积极的探索。

综上所述，提升风电场发电效率可以有多种的方式方法。风电场可以根据自身的实际情况，综合使用以上策略，以收到良好的效果。另外，风电场项目工程施工质量对风电场后续生产运营影响巨大，做好工程施工项目管理，确保工程实体质量和性能符合设计要求是风电场良好发电效率的前提和保障。

参考文献

1）《风力发电与电力系统》，周双喜、鲁宗相编著，中国电力出版社，2011.7

2）《风力发电与机组系统》，王亚荣主编，化学工业出版社，2013.12

3）《风力发电技术与工程》，宋海辉、吴光军编著，中国水利水电出版社，2014.7